CN1931882A - 一种低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法 - Google Patents

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本发明公开了一种低聚壳聚糖的工业化的生产工艺。采用纤维素酶结合过氧化氢的方法对高聚合度的壳聚糖进行降解。在纤维素酶降解中，壳聚糖(g)∶纤维素酶A(g)＝10∶1～0.8；纤维素酶的反应温度为55～60℃；反应时间为1.5～2.0h。在过氧化氢氧化降解中，过氧化氢用量为：壳聚糖(g)∶30％过氧化氢(mL)＝1∶1.0～0.8，过氧化氢的浓度为质量百分比；过氧化氢反应温度为75～80℃；反应时间为1～2.5h。再经过微滤、纳滤和干燥后，所得低聚壳聚糖产品的分子量低，分布单一。该工艺简单、运行方便，适合于大规模生产。

Description

一种低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法
技术领域
本发明属于一种低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法。
背景技术
壳聚糖是甲壳素部分脱乙酰基的产物。它是一种天然碱性多糖，分子量从几十万到几百万不等。结构如下。
由于分子量过大、仅溶于稀酸溶液而不溶于水和碱性溶液，使其应用受到较大限制。经过降解后分子量低于1500的低聚壳聚糖，不但保留了高分子时的降血脂、降胆固醇，增强人体免疫力、抑制肿瘤细胞的生长和转移以及吸湿性和保湿性、抑菌等优良特性，还因溶解性增强，容易被吸收利用，进一步表现出许多独特的生理活性和功能性质。可见低聚壳聚糖在保健食品、医药、化妆品和农业等方面具有广阔的应用前景。
目前有关低聚壳聚糖制备方法的研究报道主要是关于单一的酶降解或过氧化氢降解，又多局限于实验室水平的研究。降解产物需要经过多次乙醇沉淀后才能获得成品，操作繁琐，工作环境恶劣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、适合大规模生产的低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(1)、先将壳聚糖与水混合后再加醋酸溶解，得到的壳聚糖溶液浓度为20～25g/L，其中，醋酸加入量为：壳聚糖以g为单位，醋酸以mL为单位，壳聚糖重量与醋酸容积的比例为10∶3～2.5；
(2)、用纤维素酶对步骤(1)得到的壳聚糖溶液进行初步降解，其中，壳聚糖与纤维素酶的重量比为10∶1～0.8；纤维素酶的反应温度为55～60℃；反应时间为1.5～2.0h；
(3)、再用过氧化氢继续对步骤(2)的初步降解后的溶液进行氧化降解，其中，过氧化氢用量为：壳聚糖以g为单位，30％过氧化氢以mL为单位，过氧化氢的浓度为质量百分比，壳聚糖重量与30％过氧化氢容积的比例为1∶1.0～0.8；过氧化氢反应温度为75～80℃；反应时间为1～2.5h。
(4)、将步骤(3)的氧化降解后的溶液经微滤截留纤维素酶残渣；
(5)、将步骤(4)得到的微滤透过液经纳滤分离出盐和单糖以及对降解产物进行浓缩；
(6)、经喷雾干燥后，即得到低聚壳聚糖。
其中，在步骤(1)中，所使用的醋酸为冰醋酸，浓度＞99.5％以上。
在所述的步骤(3)中，过氧化氢加入方法为在氧化降解反应的前2/3时间内分三次均匀添加过氧化氢。过氧化氢的氧化降解反应时间为1h(60min)～2.5h(150min)，则反应的前2/3的时间为(60～150min)×2/3＝40～100min。过氧化氢加入方法为在氧化降解反应的前2/3时间内分三次均匀添加过氧化氢。如，过氧化氢的氧化降解反应时间为2h(120min)，则反应的前2/3的时间为120min×2/3＝80min，开始添加1/3过氧化氢，之后约40min后再添加1/3过氧化氢，再过40min填加最后的1/3。
在所述的步骤(6)中，得到的低聚壳聚糖为用凝胶色谱分析获得分子量3000～1400Da，其分散度小于2.0。
在所述的步骤(4)中，采用中空纤维组件或无机陶瓷膜进行微滤。
在所述的步骤(5)中，对降解产物浓缩为浓缩前体积的1/3。
在所述的步骤(3)中，过氧化氢反应时间优选为2～2.5h；并在所述的步骤(6)中，得到的低聚壳聚糖为用凝胶色谱分析获得分子量1800～1400Da，其分散度小于2.0。
本发明的优点是：
在本发明中，采用了纤维素酶和过氧化氢进行复合降解，纤维素酶和过氧化氢均在最佳的条件下进行降解反应，反应速率较高，产品分子量低且分布较窄、降解时间控制在4.5h内，大大低于单一的纤维素酶降解或过氧化氢降解方法。其中纤维素酶易获得、生产成本低，且后续采用过氧化氢继续氧化降解，纤维素酶的降解反应只需要维持在反应速率最高段。此外，由于在降解的前期，壳聚糖已经被纤维素酶进行了初步降解，后续的过氧化氢用量较少且反应时间短，这不仅使过氧化氢氧化降解的副反应得到了有效的控制，而且不用担心过量的过氧化氢会对产品的食用安全性造成威胁。降解完成后产物利用操作方便的微滤截留纤维素酶残渣。微滤透过液经过纳滤处理后，将产品中的盐和没有活性的单糖分离出来，同时产品也得到了充分浓缩，这不仅提高了产品的质量，而且降低了后续处理设备的尺寸和运行费用。最后对纳滤截留液直接进行喷雾干燥即可得到高品质的低聚壳聚糖产品。与传统的制备工艺相比，该工艺不但产品质量优良，操作方便，而且改善了生产环境，有利于实现工业化。
附图说明
图1为本发明的工艺方法流程图
图2为实施例1的产品的谱图
具体实施方式
如图1所示，本发明提出了一种操作简单、适合大规模生产的低聚壳聚糖制备工艺及工艺条件。
溶解：先将壳聚糖在高速搅拌条件下与去离子水混合后，再均匀加入适量的醋酸，醋酸为冰醋酸，浓度＞99.5％以上，可使壳聚糖快速、完全溶解，配制20～25g/L壳聚糖酸性溶液，其中壳聚糖(g)∶醋酸(mL)＝10∶3～2.5。
纤维素酶降解：将上述的壳聚糖酸性溶液用纤维素酶在55～60℃条件下反应1.5～2h，其中，壳聚糖(g)∶纤维素酶(g)＝10∶1～0.8。
过氧化氢氧化降解：在上述的经纤维素酶降解后的溶液中，加入过氧化氢进行恒温氧化降解，过氧化氢氧化降解的反应温度为75～80℃，反应时间为1～2.5h。其中，壳聚糖(g)∶30％过氧化氢(mL)＝1∶1.0～0.8，过氧化氢的浓度为质量百分比；过氧化氢加入方法为在氧化降解反应的前2/3时间内分三次均匀添加。
微滤：用微滤分离出降解产物中纤维素酶的残渣。
纳滤：用纳滤分离出微滤透过液中的盐和单糖同时使产品浓缩为原来的1/3左右。
喷雾干燥：进行喷雾干燥获得高纯度、高活性的低聚壳聚糖成品。获得的低聚壳聚糖成品分子量为1400～3000Da(凝胶色谱分析)、分散度小于2.0。
实施例1
将200g脱乙酰度大于90％的壳聚糖(分子量大约在100万～60万Da)，在搅拌作用下混合于10L水中，加入60ml醋酸使其溶解后升温至60℃，加入纤维素酶恒温反应2h，其中，纤维素酶的用量为20g；醋酸为冰醋酸，浓度＞99.5％以上；再升温至75℃后均匀加入160ml 30％过氧化氢溶液(过氧化氢的浓度为质量百分比)，加入双氧水的时间控制在80min内，并在80min内分三次均匀添加过氧化氢。即，开始添加1/3过氧化氢，之后约40min后再添加1/3过氧化氢，再过40min填加最后的1/3。恒温反应2h。出料冷却后微滤，其透过液经过纳滤浓缩体积为3.5L，最后进行喷雾干燥得低聚壳聚糖产品。用凝胶色谱分析其重均分子量为1560Da，分散度PD为1.38，如图2所示。
综上所述，本发明的低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法所得到的壳聚糖产品分子量低，分布单一。该工艺简单、运行方便，适合于大规模生产。

Claims (6)

1、一种低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(1)、先将壳聚糖与水混合后再加醋酸溶解，得到的壳聚糖溶液浓度为20～25g/L，其中，壳聚糖以g为单位，醋酸以mL为单位，壳聚糖重量与醋酸容积的比例为10∶3～2.5；
(2)、用纤维素酶对步骤(1)得到的壳聚糖溶液进行初步降解，其中，壳聚糖与纤维素酶的重量比为10∶1～0.8；纤维素酶的反应温度为55～60℃；反应时间为1.5～2.0h；
(3)、再用过氧化氢继续对步骤(2)的初步降解后的溶液进行氧化降解，其中，过氧化氢用量为：壳聚糖以g为单位，30％过氧化氢以mL为单位，过氧化氢的浓度为质量百分比，壳聚糖重量与30％过氧化氢容积的比例为1∶1.0～0.8；过氧化氢反应温度为75～80℃；反应时间为1～2.5h。
(4)、将步骤(3)的氧化降解后的溶液经微滤截留纤维素酶残渣；
(5)、将步骤(4)得到的微滤透过液经纳滤分离出盐和单糖以及对降解产物进行浓缩；
(6)、经喷雾干燥后，即得到低聚壳聚糖。
2、根据权利要求1所述的低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，过氧化氢加入方法为在氧化降解反应的前2/3时间内分三次均匀添加。
3、根据权利要求1所述的低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(6)中，得到的低聚壳聚糖为用凝胶色谱分析获得分子量3000～1400Da，其分散度小于2.0。
4、根据权利要求1所述的低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(4)中，采用中空纤维组件或无机陶瓷膜进行微滤。
5、根据权利要求1所述的低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(5)中，对降解产物浓缩为浓缩前体积的1/3。
6、根据权利要求1所述的低聚壳聚糖的工业化制备工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，过氧化氢反应时间为2～2.5h；并在所述的步骤(6)中，得到的低聚壳聚糖为用凝胶色谱分析获得分子量1800～1400Da，其分散度小于2.0。
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